U vlaknasti proteini, također poznat kao vlaknasta bjelančevina, su vrsta proteina koji su važni strukturni dijelovi bilo žive stanice. Kolagen, elastin, keratin ili fibroin su primjeri ove vrste proteina.
Oni ispunjavaju vrlo raznolike i složene funkcije. Najvažnije su one zaštite (poput bodljikavog divljača) ili podrške (poput one koja paucima pruža mrežu koju oni sami tkaju i koja ih drži prikovanima).
Ponavljajuća struktura svilenog fibroina, vlaknastih proteina (Izvor: Sponk putem Wikimedia Commons)
Vlaknasti proteini sastoje se od potpuno proširenih polipeptidnih lanaca koji su organizirani u svojevrsno „vlakno“ ili „konop“ velike otpornosti. Ti su proteini mehanički vrlo jaki i netopljivi u vodi.
Uglavnom su komponente vlaknastih proteina polimeri uzastopno ponavljanih aminokiselina.
Čovječanstvo je pokušalo obnoviti svojstva vlaknastih proteina pomoću različitih biotehnoloških alata, međutim, rasvjetljavanje s takvom točnošću raspored svake aminokiseline u polipeptidnom lancu nije lak zadatak.
Struktura
Vlaknasti proteini imaju relativno jednostavan sastav u svojoj strukturi. Obično se sastoje od tri ili četiri povezane aminokiseline, koje se ponavljaju više puta.
Odnosno, ako se protein sastoji od aminokiselina poput lizina, arginina i triptofana, sljedeća aminokiselina koja će se vezati na triptofan opet će biti lizin, nakon čega slijedi arginin i još jedna molekula triptofana i tako dalje.
Postoje vlaknasti proteini koji imaju motive aminokiselina razmaknute dvije ili tri različite aminokiseline, osim ponavljajućih motiva njihovih sekvenci, a kod ostalih proteina, aminokiselinski slijed može biti vrlo varijabilan, 10 ili 15 različitih aminokiselina.
Strukture mnogih vlaknastih proteina karakterizirane su tehnikama rendgenske kristalografije i metodama nuklearne magnetske rezonancije. Zahvaljujući tome detaljno su detaljno oblikovani proteini u obliku vlakana, cjevasti, laminarni, spiralni, oblikovani poput "lijevka" itd.
Svaki jedinstveni polipeptid ponovljenog uzorka tvori lanac, a svaki je lan jedan od stotina jedinica koje čine ultrastrukturu "vlaknastih proteina". Općenito, svaki filament smješten je spiralno jedan prema drugom.
Značajke
Zbog mreže vlakana koja čine vlaknaste proteine, njihove se glavne funkcije sastoje od služenja kao strukturalnog materijala za podršku, otpornost i zaštitu tkivima različitih živih organizama.
Zaštitne strukture sastavljene od vlaknastih proteina mogu zaštititi vitalne organe kralježnjaka od mehaničkih udara, nepovoljnih vremenskih uvjeta ili napada grabežljivaca.
Razina specijalizacije vlaknastih proteina jedinstvena je u životinjskom carstvu. Paukova mreža, na primjer, je osnovna tkanina za potporu životnom obliku pauka. Ovaj materijal ima jedinstvenu snagu i fleksibilnost.
Toliko da danas mnogi sintetički materijali pokušavaju ponovno stvoriti fleksibilnost i otpornost paukove mreže, čak i koristeći transgenične organizme za sintetiziranje ovog materijala pomoću biotehnoloških alata. Međutim, treba napomenuti da očekivani uspjeh još nije postignut.
Važno svojstvo vlaknastih proteina je da omogućuju vezu između različitih tkiva kralježnjaka.
Uz to, svestrana svojstva ovih proteina omogućuju živim organizmima da stvaraju materijale koji kombiniraju snagu i fleksibilnost. To je u mnogim slučajevima ono što čini bitne komponente za kretanje mišića u kralježnjaka.
Primjer vlaknastih proteina
kolagen
To je protein životinjskog podrijetla i možda je jedan od najbogatijih u tijelu kralježnjaka, jer čini većinu vezivnog tkiva. Kolagen se ističe svojim snažnim, proširivim, netopljivim i kemijski inertnim svojstvima.
Molekularna struktura kolagena, vlaknastih proteina životinjskog podrijetla (Izvor: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)
Uglavnom se sastoji od kože, rožnice, intervertebralnih diskova, tetiva i krvnih žila. Kolagena vlakna sastoje se od paralelne trostruke spirale koja je gotovo trećina samo aminokiseline glicina.
Ovaj protein tvori strukture poznate kao "mikrofibrili kolagena", koji se sastoje od spajanja nekoliko kolagenskih trostrukih spirala zajedno.
elastin
Poput kolagena, elastin je protein koji je dio vezivnog tkiva. Međutim, za razliku od prvog, on pruža elastičnost tkivima, umjesto otpornosti.
Vlakna elastina sastoje se od aminokiselina valina, prolina i glicina. Te aminokiseline su visoko hidrofobne i utvrđeno je da je elastičnost ovog vlaknastih proteina posljedica elektrostatičkih interakcija unutar njegove strukture.
Elastin obiluje tkivima koja se intenzivno podvrgavaju ciklusima ekstenzije i opuštanja. Kod kralježnjaka se nalazi u arterijama, ligamentima, plućima i koži.
Keratin
Keratin je protein koji se nalazi pretežno u ektodermalnom sloju kralježnjaka. Ovaj protein tvori važne strukture poput kose, noktiju, trnja, perja, rogova, među ostalim.
Keratin se može sastojati od α-keratina ili β-keratina. Α-keratin je mnogo krutiji od β-keratina. To je zato što se α-keratin sastoji od α-helika koji su bogati aminokiselinom cistein koji ima sposobnost stvaranja disulfidnih mostova s drugim jednakim aminokiselinama.
S druge strane, β-keratin je sastavljen u većem omjeru polarnih i apolarnih aminokiselina koje mogu tvoriti vodikove veze i organizirane su u presavijene β ploče. To znači da je njegova struktura manje otporna.
Fibroin
Ovo je protein koji čini paukova mreža i niti koje proizvode svilene bube. Ove niti su sastavljene većinom od aminokiselina glicin, serin i alanin.
Strukture ovih proteina su β-listovi organizirani antiparalno prema orijentaciji niti. Ova karakteristika daje joj otpornost, fleksibilnost i malo sposobnosti istezanja.
Fibroin je slabo topiv u vodi, a veliku fleksibilnost duguje velikoj krutosti koju pruža spajanje aminokiselina u njenoj primarnoj strukturi i mostovima Vander Waalsa, koji se formiraju između sekundarnih skupina aminokiselina.
Reference
- Bailey, K. (1948). Vlaknasti proteini kao komponente bioloških sustava. Britanski medicinski bilten, 5 (4-5), 338-341.
- Huggins, ML (1943). Struktura vlaknastih proteina. Kemijski pregledi, 32 (2), 195-218.
- Kaplan, DL (1998). Vlaknasta bjelančevina-svila kao modelni sustav. Degradacija i stabilnost polimera, 59 (1-3), 25-32.
- Parry, DA, i Creamer, LK (1979). Vlaknasti proteini, znanstveni, industrijski i medicinski aspekti. U Međunarodnoj konferenciji o vlaknastim proteinima 1979: Sveučilište Massey). Akademska štampa.
- Parry, DA, i Squire, JM (2005). Vlaknasti proteini: otkriveni su novi strukturni i funkcionalni aspekti. Napredak u kemiji proteina (svezak 70, str. 1-10). Akademska štampa.
- Schmitt, FO (1968). Vlaknasti proteini - neuronske organele. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, 60 (4), 1092.
- Wang, X., Kim, HJ, Wong, C., Vepari, C., Matsumoto, A., i Kaplan, DL (2006). Vlaknasti proteini i tkivni inženjering. Građa danas, 9 (12), 44-53.